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Niederdruck-Entladungslampe mit positiver Säule
Die Erfindung bezieht sich auf eine Nieder- druck -Entladungs-Einrichtung mit positiver Säule, u. zw. insbesondere auf eine Fluoreszenzlampe mit positiver Säule.
Man hat schon bisher bei NiederdruckEntladungslampen, insbesondere Fluoreszenzlampen, aktivierte Elektroden an den Enden verhältnismässig langer, röhrenförmiger Entladungsgefässe angewendet, wobei sich aber der Nachteil ergeben hat, dass die Helligkeit der Lampen zufolge der Ausgestaltung der Elektroden nicht über die ganze Länge der Entladungsröhre eine gleichmässige war, sondern dass an den Enden unmittelbar bei den Quetschfüsschen bzw. nahe bei den Elektroden Stellen von geringer Lichtintensität auftraten. Abgesehen von der Ausgestaltung der Elektroden, welche diese Herabsetzung der Helligkeit an den Enden verursacht hat, trägt auch die Natur der Bogenentladung an den Elektroden dazu bei, diesen unerwünschten Zustand zu verstärken.
Vor allem tritt bei den üblichen Elektrodenkonstruktionen an der Grenze zwischen der als Kathode wirkenden Elektrode und dem hochstrahlenden positiven Säulenteil eine Herabsetzung der Intensität der Lichtstrahlung unmittelbar vor der Elektrode ein. Aber auch wenn die Lampen mit Wechselstrom betrieben werden, ist eine verringerte Intensität an den Enden der Entladungsröhre festzustellen.
Manche der älteren Lampenkonstruktionen leiden auch an dem Übelstand, dass sich im Betriebe die Enden der Röhre infolge der Loslösung von Partikeln von den Elektroden während des Betriebes, welche Partikel sich an der Innenseite der Röhre in der Umgebung der Elektroden festsetzen, verfärben oder schwärzen und dadurch eine Verschmutzung schaffen, auf welcher Quecksilber haften bleibt, wodurch eine weitere Reduktion der Helligkeit an den Lampenenden eintritt, die mit fortschreitender Lebensdauer der Lampe zunimmt.
Es ist bereits bekannt, den Niederschlag von Kathodenmaterial an den Röhrenwänden zu vermindern und die Lebensdauer der Kathode zu erhöhen, indem man die Kathode mit einem metallischen Zylinder oder Schirm umschliesst (vgl. deutsches Reichspatent Nr. 514238) ; ferner ist es auch schon bekannt, die Elektrode mit einer zylindrischen Metallhülse zu umgeben, welche als Wärmespeicher dient, durch den die Erhitzung der Elektrode infolge einer Verminderung der Wärmeabstrahlung durch das Glas hindurch verstärkt wird (vgl. USA. Patent Nr. 2114536). Diese bekannten Anordnungen verursachen jedoch Schatteneffekte an den Röhrenenden.
Ferner ist ein Kathodenaufbau bekannt, bei dem eine zylindrische oder konische Metallhülse, welche an dem der Entladungsbahn zugekehrten Ende geschlossen und mit einem im Innern der Hülse angeordneten Glühdraht stromleitend verbunden ist, an ihrer Innenoder Aussenseite einen elektronenemittierenden Belag aufweist, so dass sie als indirekt geheizte Kathode wirkt (vgl. österr. Patent Nr. 115415 und österr. Patent Nr. 127589). Der Zweck dieser Massnahme besteht darin, eine grosse elektronenemittierende Oberfläche zu schaffen ; durch Anwendung eines Innenbelages in der Metallhülse kann diese indirekt geheizte Kathode gegen Zerstörung durch Ionenaufprall geschützt werden.
Im letzteren Falle kann das hintere Ende der hülsenförmigen Kathode einen für die Entladung gelochten Abschlussboden aufweisen, durch den eine Wärmestauung erreicht und ferner verhindert wird, dass etwa losgerissene Partikel des Innenbelages in das Röhreninnere gelangen.
Bei den Entladungslampen gemäss der vorliegenden Erfindung werden eine Verfärbung oder Ausbildung von Bändern an den Röhrenenden sowie eine übermässige Zersetzung der Kathode und andere Mängel älterer Lampen vermieden und eine im wesentlichen gleichmässige Lichtintensität über die Gesamtlänge der Lampe, eine verbesserte Arbeitsweise und Lebensdauer sowie verminderte Herstellungskosten und weitere Vorteile durch eine neue Elektrodenkonstruktion erzielt. Im Rahmen der Erfindung wird eine Elektrode mit aktiviertem Glühdraht und einem in Längsrichtung sich erstreckenden Schirm verwendet, der im wesentlichen zylindrische Form hat, den Glühdraht im wesentlichen in seiner ganzen Länge umgibt und zumindest an dem nach aussen gerichteten Ende offen ist.
Die Entladungslampe gemäss
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und Lichtsäule die Lichtausbeute in unmittelbarer Nachbarschaft der Elektroden noch weiter herabsetzen. Man kann bei elektrischen Gasbzw. Dampfentladungen bekanntlich verschiedene mehr oder weniger scharf getrennte Zonen unterscheiden. Unmittelbar an der Kathode erstreckt sich ein dunkler Raum, der üblicherweise als Kathoden-Dunkelraum bezeichnet wird.
Auf diesen folgt eine leuchtende Zone, die als negatives oder kathodisches Glimmlicht bekannt ist. Die nächste Zone ist verhältnismässig dunkel und entspricht dem Faradayschen Dunkelraum einer Glimmentladung. Der restliche, sehr helle Teil der Entladung ist als positive Säule bekannt und ist bei den üblichen Fluoreszenzlampen die hauptsächliche Quelle der wirksamen Ultraviolettstrahlung (Quecksilber-Resonanzlinie 2537 Angström), welche das fluoreszierende Material erregt und dadurch die sichtbare Strahlung erzeugt.
Bei vielen Typen von Fluoreszenzlampen bilden sich Verfärbungsgebiete an der Innenseite der Entladungsgefässe unmittelbar dem Elektrodenaufbau gegenüber aus. Diese Verfärbungsgebiete, die manches Mal als Bänder oder Ringe angesprochen werden, treten an dem Kopf der positiven Säule auf, d. h. ungefähr dort, wo die positive Säule an den Dunkelraum angrenzt, der dem Faradayschen Dunkelraum entspricht.
Bei der erfindungsgemässen Entladungslampe, bei der ein im wesentlichen zylinderförmiger Schirm rund um den in der Längsrichtung der Röhre angeordneten aktivierten Draht mit
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die zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens erforderlichen Vorgänge im wesentlichen auf den Raum innerhalb dieses Schirmes beschränkt.
Der Schirm dient dabei in an sich bekannter Weise gleichzeitig sowohl als Wärmespeicher als auch zum Abfangen etwa losgelöster Kathodenpartikel. Die Einhaltung der erfindungsgemässen Beziehungen zwischen den Abmessungen des Schirmes, der Glühelektrode und der Röhre gewährleistet optimale Resultate. Durch richtige Dimensionierung des inneren Röhrendurchmessers, des Schirmdurchmessers und der maximalen Querabmessung des Glühdrahtes kann nicht allein die Verfärbung der Lampenenden vermieden werden, sondern auch bewirkt werden, dass die Leitung des elektrischen Stromes ausserhalb des Schirmes, zwischen dem Schirm und der Röhrenwand, sich bis zu dem äusseren Ende des Schirmes erstreckt.
Um zu erreichen, dass sich die positive Säule um den Schirm herum erstreckt und dass sich die zur Aufrechterhaltung des Bogens erforderlichen Vorgänge innerhalb des Schirmes abspielen, soll, wie gefunden wurde, das Verhältnis des inneren Röhrendurchmessers zum Schirmdurchmesser nicht kleiner sein als etwa 4, und der Unterschied zwischen dem Innendurchmesser des Schirmes und der maximalen Querabmessung des Drahtes nicht
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grösser als ungefähr 3 mm sein. Der Abstand zwischen dem Draht und dem Schirm soll grösser sein als die Dicke des Kathoden-Dunkelraumes, welcher sich bei dem gewählten Druck und der Betriebstemperatur in dem ionisierbaren Medium einstellt.
Beispielsweise soll bei einem Elektrodenaufbau für eine Niederdruck-Fluoreszenzröhre mit positiver Säule, welche einen Quecksilberdampfdruck im Bereiche von 4 bis
12 Mikron im Betriebe aufweist, der Schirmdurchmesser zwischen etwa 3 und 4. 5 mm liegen, um die oben erwähnten Vorteile zu erreichen, wenn der aktivierte Elektrodendraht eine maximale Querabmessung von 1-5 mm aufweist.
Für Schirme und aktivierte Elektroden von den angegebenen Werten ist der günstigste Abstand zwischen der Innenseite des Schirmes und der Oberfläche der Glühelektrode 0-75 bis 1-5 mm. In dieser Weise nimmt die Entladung von dem entfernteren Ende des Schirmes ihren Ausgang und bewirkt dadurch eine gleichmässige Helligkeit bis zu den äussersten Enden der Entladungsröhre, selbst wenn das der Gegenelektrode zugekehrte Ende des Schirmes offen ist.
Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit einer Schaltung mit vorgeheizten Elektroden ; Fig. 2 zeigt ein Detail der Elektrodenkonstruktion mit beiderseits offenem Schirm für eine Drahtelektrode ; Fig. 3 ist die Ansicht der in Fig. 2 gezeigten Elektrodenkonstruktion von oben ; Fig. 4 und 5 stellen abgeänderte Ausführungformen der Erfindung dar, wobei das dem Entladungsraum zugekehrte Ende des Schirmes geschlossen ist. Fig. 6 zeigt die Anwendung der Erfindung in einer Schaltung für unmittelbaren Anlauf.
In Fig. 1 ist die Erfindung in ihrer Anwendung auf eine Fluoreszenzlampe 1 dargestellt, vorzugsweise jener Type, die eine langgestreckte oder röhrenförmige Glashülle 2 aufweist, deren innere Fläche mit einem Fluoreszenzbelag 3 versehen ist, welcher sich bis zu den Enden der Röhre erstreckt. An den Enden der Lampe sind Elektroden 4 und 5 vorgesehen, welche erfindunggemäss ausgebildet sind. Jede dieser Elektroden
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elektrisch verbunden, welche an Sockeln 15 und 16 befestigt sind. Die Einführungsdrähte 7-10 sind in geeignete Füsschen eingeschmolzen, welche in Fig. 1 nicht dargestellt, aber in den Fig. 2-5 ersichtlich sind (Bezugszeichen 17).
Die Schaltung entsprechend Fig. 1 eignet sich für Lampenkonstruktionen mit Vorheizung der Elektroden. Bei dieser Anordnung ist das freie Ende 18 jedes aktivierten Elektrodendrahtes 6 (s. Fig. 2) an eine Stromquelle, beispiels- weise eine Wechselstromquelle 19, über einen
Schalter 20 und eine Stabilisierungsimpedanz (Ballast) 21 angeschlossen. Eine an sich bekannte
Glimmschaltröhre 22 kann zwischen die Stecker 12 und 14 geschaltet sein, welche ihrerseits mit den Schirmen 23 und 24 der Elektroden ver- bunden sind.
Die Einzelheiten der Elektroden 4 und 5 können den Fig. 2 und 3 entnommen werden. Der Schirm 23 hat im wesentlichen zylindrische Form, ist an den beiden Enden offen und umgibt den Draht 6 über dessen ganze Länge, wobei die Achse des Schirmes 23 zur Längsachse der Lampe parallel ist oder mit dieser zusammenfällt. Der Schirm 23 kann z. B. aus Molybdän oder Nickel bestehen und in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise geformt sein, so dass die beiden zusammenwirkenden Flansche 25 und 26 den Zuführungsdraht 8 umgeben und dadurch den Schirm derart fixieren, dass das obere Ende des Schirmes (in Fig. 2) und das entsprechende Ende des Drahtes 6, d. h. die der zweiten Elektrode zugekehrten Enden, miteinander verbunden sind.
Die Flanschen 25 und 26 können in irgendeiner geeigneten Weise miteinander verbunden sein, beispielsweise durch Punktschweissung, so dass sie mit dem Zuführungsdraht 8 einen guten Kontakt bilden.
Der Draht 6 kann aus geeignetem schwer schmelzbarem Metall, wie Wolfram, in Form einer einfachen zusammengesetzten oder mehrfachen Wendel hergestellt sein, welche mit Elektronen emittierende, aktivierendem
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menge soll so bemessen sein, dass im Betriebszustande noch ein wenig unverdampftes Quecksilber zugegen ist. Der Quecksilberdruck ist von der Temperatur abhängig und soll vorzugsweise im Betriebe 4-12 Mikron betragen, kann aber im Bereiche zwischen 4-5 Mikron bis zu 30 Mikron und selbst darüber, je nach der Gestalt der Lampe und den Betriebsbedingungen, liegen.
Infolge der leitenden Verbindung des oberen Endes (Fig. 2) der aktivierten Elektrode 6 mit dem Schirm 23 durchfliesst in der Halbperiode, in welcher der entsprechende Aufbau als Anode wirkt, der vom Schirm aufgefangene Anodenstrom die Elektrode 6 und bewirkt dadurch die Aufheizung der Elektrode 6 bis zu dem erforderlichen Wert. Ausserdem wirkt der Schirm als Wärmeschutz. Durch die richtige Bemessung der Querabmessung oder des Durchmessers des Schirmes kann die Temperatur der emit-
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tierenden Elektrode auf einem verhältnismässig hohen Wert gehalten werden, wodurch die Entstehung von überhitzten Kathodenflecken und die damit verbundene Verschlechterung der Elektrode vermieden wird.
Ausserdem wird durch die Einhaltung des optimalen Abstandes zwischen dem Innendurchmesser des Schirmes 23 und der maximalen Querabmessung der emittierenden Elektrode 6 diese von Ionenbombardements während des Anlaufens geschützt. Der erwähnte Abstand soll, wie gesagt, in der Grössenordnung zwischen etwa 1-5-3 mm liegen ; dann wird es auch erreicht, dass die zur Aufrechterhaltung der Bogenentladung erforderlichen Vorgänge sich gänzlich innerhalb des Schirmes 23 abspielen.
Auch die während des Startes auftretende
Glimmentladung ist bei Elektroden mit dem angegebenen Abstand zwischen dem Draht und der Innenwand des Schirmes praktisch vollständig auf den Raum innerhalb des Schirmes beschränkt, wodurch die Wahrscheinlichkeit, dass losgerissenes Material während des Anlaufes an die Glaswand gelangt, auf ein Minimum herabgesetzt ist. Der erfindungsgemässe Elektrodenaufbau verkürzt überdies die Anlaufzeit, innerhalb welcher die Elektrode 6 den Temperaturwert erreicht, bei welchem der Kathodenfall ein Minimum wird, und verringert dementsprechend die Möglichkeit von Schädigungen der Elektrode während des Anlaufes.
Wenn der Abstand zwischen der aktivierten Elektrode und der Innenseite des Schirmes zu klein ist, dann spielt sich die Glimmentladung nicht ausschliesslich innerhalb des Schirmes während des Anlaufes ab, während, wenn der Abstand zu gross ist, der Schirm nicht mehr als ein Mittel zur Erzielung einer raschen Aufheizung der aktivierten Elektrode bzw. als Wärmeschutz während des Betriebes wirksam ist.
Ein anderer wichtiger Faktor ist das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser der Röhre 2 und dem Aussendurchmesser des Schirmes 23. Dieses Verhältnis soll vorzugsweise in dem Bereich von 4 bis 8 liegen, so dass die positive Säule des Lichtbogens sich rings um den Schirm 23 herum in dem ringförmigen Raum zwischen dem Schirm und der Glashülle entwickeln kann und dass der longitudinale Spannungsgradient an dieser Stelle nicht wesentlich grösser ist als in dem Hauptteil der positiven Säule des Lichtbogens (in der Mitte der Röhre zwischen den beiden Elektrodenaufbauten) und vorzugsweise kleiner als der Spannungsgradient entlang der aktivierten Elektrode 6.
Wenn dies der Fall ist, so entwickelt sich die Bogenentladung von dem ferneren Ende des Schirmes 23, das ist von dem Ende, welches dem Sockel 15 zugekehrt ist, u. zw. auch dann, wenn das innere Ende des Aufbaues, welches dem anderen Elektrodenaufbau zugekehrt ist, offen ist.
Nach Schliessen des Schalters 20 wird die Speisespannung an den Ghmmröhrenschalter 22 angelegt, dessen Kontakte sich hierauf fast sofort schliessen und dadurch einen Stromkreis für die Anregung und Heizung der aktivierten Elektroden 6 bilden, die in Serie geschaltet sind. Hierauf öffnet sich der Schalter 22 wieder, weil der Bimetallteil sich abkühlt, wodurch infolge der Stromänderung in der Impedanz 21 ein Spannungsstoss entsteht und eine Lichtbogenentladung zwischen den Elektroden 4 und 5 hervorgerufen wird. Hernach ist die Spannungsdifferenz zwischen den Kontakten der Glimmschaltröhre 22 zu gering, um sie wieder in Aktion zu setzen, es sei denn, dass die Lampe nicht anspricht.
Infolgedessen werden die Elektroden nicht durch die äussere Verbindung über die Glimmschaltröhre 22 erwärmt, sondern durch die Hauptentladung, u. zw. in jenen Halbperioden, während welchen die betreffende Elektrode positiv ist und daher als Anode wirkt. Der Schirm dient zum Auffangen des Entladungsstromes und infolge der Verbindung der aktivierten Elektrode mit dem Schirm durchfliesst der Entladungsstrom die Elektrode 6 in Serie und bringt dadurch ihre Temperatur auf einen Wert, welcher für die Elektronenemission während der nachfolgenden negativen Halbperiode, in welcher der Aufbau als Kathode wirkt, optimal ist.
Während der Wirksamkeit als Kathode sind die Vorgänge, welche zur Aufrechterhaltung der selbständigen Bogenentladung notwendig sind, auf den Raum innerhalb der Schirme 23 und 24 beschränkt, wobei die Entladung jeweils an den voneinander abgewendeten Enden der beiden Schirme ansetzt. Dies trifft zu, auch wenn die beiden einander zugekehrten Enden der Schirme offen sind. Dieser Umstand bewirkt, dass die Intensität der Strahlung über die ganze Länge der Lampe praktisch ganz gleichmässig ist, um so mehr als die leuchtende positive Säule sich bis zu den äussersten Enden der Entladungsröhre erstreckt. Bei Einhaltung der oben angegebenen optimalen Verhältnisse zwischen dem Innendurchmesser des Schirmes und dem Durchmesser der Elektrode erstreckt sich die positive Säule bis zu dem entfernteren Ende des Schirmes.
Obgleich es für die Herstellung gewisse Vorteile bietet, wenn die Schirme an beiden Seiten offen sind (wie in Fig. 2 und 3 dargestellt), liegt es doch auch im Rahmen der Erfindung, Schirme zu verwenden, bei welchen die Enden, welche dem Hauptteil der Entladungsbahn zugekehrt sind, geschlossen sind. Als Beispiel hiefür ist in Fig. 4 ein Schirm 27 dargestellt, welcher am oberen Ende 28 zusammengekniffen ist, so dass dieses vollständig geschlossen ist. Eine andere Ausführungsform zeigt Fig. 5, in welcher eine besondere Kappe 29 auf den zylindrischen Teil 30 des Schirmes aufgesetzt ist. Diese Kappe kann entweder aufgezogen oder aufgeschweisst sein.
Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemässe Lampe in Anwendung für eine Schaltung zum unmittelbaren Anlauf (ohne besondere Vorheizung) ;
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ein Streutransformator 31 kann in der in der Figur angegebenen Weise verwendet werden, um die Lampe aus einer Wechselstromquelle 32 zu speisen. Ein Schalter 33 liegt in der Zuleitung zur Primärwindung des Transformators 31. Wenn der Streutransformator 31 richtig gewählt ist, so gibt er eine hinreichend hohe Leerlaufspannung für die Zündung der Entladung und eine hinreichend niedrige Betriebsspannung bei Stromentnahme nach erfolgter Zündung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Niederdruck-Entladungslampe mit positiver Säule, insbesondere Fluoreszenzlampe, mit einer langgestreckten Entladungsröhre, die als ionisierbares Medium zur Aufrechterhaltung der Bogenentladung Quecksilber sowie ein Hilfsgas mit einem Druck von nicht mehr als etwa 5 mm enthält und mit Elektroden versehen ist, die zumindest an einem Röhrenende durch einen Elektrodenaufbau gebildet sind, welcher aus einem aktivierten Glühdraht und einem in Längsrichtung sich erstreckenden Schirm besteht, der im wesentlichen zylindrische Form hat, den Glühdraht im wesentlichen in seiner ganzen Länge umgibt und zumindest an dem nach aussen gerichteten Ende offen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Innendurchmessers der Entladungsröhre zum Aussendurchmesser des Schirmes in dem Bereiche zwischen 4 und 8 liegt, u. zw.
derart, dass der longitudinale Spannungsgradient in dem äusseren ringförmigen Raum um den Schirm den im Hauptteil der positiven Entladungssäule auftretenden Spannungsgradienten nicht wesentlich überschreitet und vorzugsweise geringer ist als der Spannungsgradient entlang des Glühdrahtes, dass ferner der Abstand zwischen dem Glühdraht und der Innenseite des Schirmes grösser ist als die Dicke des Kathoden-Dunkelraumes bei dem gewählten Betriebsdruck und der Betriebstemperatur des ionisierbaren Mediums und vorzugsweise im Bereich von 0-75 bis 1-5 mm liegt.
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Low pressure discharge lamp with positive column
The invention relates to a low-pressure discharge device with a positive column, u. between, in particular, a fluorescent lamp with a positive column.
Activated electrodes at the ends of relatively long, tubular discharge vessels have already been used in low-pressure discharge lamps, especially fluorescent lamps, but the disadvantage has arisen that the brightness of the lamps, due to the design of the electrodes, was not uniform over the entire length of the discharge tube but rather that spots of low light intensity appeared at the ends directly at the pinch feet or near the electrodes. Aside from the design of the electrodes that caused this reduction in brightness at the ends, the nature of the arc discharge on the electrodes also contributes to exacerbating this undesirable condition.
Above all, with the usual electrode constructions at the boundary between the electrode acting as a cathode and the highly radiating positive column part, the intensity of the light radiation is reduced immediately in front of the electrode. But even if the lamps are operated with alternating current, a reduced intensity can be observed at the ends of the discharge tube.
Some of the older lamp constructions also suffer from the disadvantage that in operation the ends of the tube become discolored or blackened due to the detachment of particles from the electrodes during operation, which particles adhere to the inside of the tube in the vicinity of the electrodes and thereby create a pollution on which mercury adheres, whereby a further reduction of the brightness occurs at the lamp ends, which increases with advancing lamp life.
It is already known to reduce the precipitation of cathode material on the tube walls and to increase the service life of the cathode by enclosing the cathode with a metallic cylinder or screen (cf. German Imperial Patent No. 514238); Furthermore, it is already known to surround the electrode with a cylindrical metal sleeve, which serves as a heat storage device, through which the heating of the electrode is increased as a result of a reduction in heat radiation through the glass (see US Pat. No. 2114536). However, these known arrangements cause shadow effects at the tube ends.
Furthermore, a cathode structure is known in which a cylindrical or conical metal sleeve, which is closed at the end facing the discharge path and connected to a glow wire arranged inside the sleeve, has an electron-emitting coating on its inside or outside, so that it is indirectly heated Cathode acts (cf. Austrian Patent No. 115415 and Austrian Patent No. 127589). The purpose of this measure is to create a large electron-emitting surface; By using an inner lining in the metal sleeve, this indirectly heated cathode can be protected against destruction by ion impact.
In the latter case, the rear end of the sleeve-shaped cathode can have an end base that is perforated for the discharge, through which a heat build-up is achieved and furthermore it is prevented that any loose particles of the inner lining get into the tube interior.
In the case of the discharge lamps according to the present invention, discoloration or formation of bands at the tube ends as well as excessive decomposition of the cathode and other defects of older lamps are avoided and a substantially uniform light intensity over the entire length of the lamp, improved operation and service life as well as reduced manufacturing costs and further advantages achieved through a new electrode design. In the context of the invention, an electrode with activated filament and a longitudinally extending screen is used, which is essentially cylindrical in shape, surrounds the filament essentially over its entire length and is open at least at the outwardly directed end.
The discharge lamp according to
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and light column further reduce the light yield in the immediate vicinity of the electrodes. You can with electric gas or. It is known that vapor discharges differentiate between different more or less sharply separated zones. A dark room, which is usually referred to as the cathode dark room, extends directly to the cathode.
This is followed by a glowing zone known as negative or cathodic glow light. The next zone is relatively dark and corresponds to the Faraday dark room of a glow discharge. The remaining, very bright part of the discharge is known as the positive column and is the main source of the effective ultraviolet radiation (mercury resonance line 2537 Angstrom) in conventional fluorescent lamps, which excites the fluorescent material and thereby generates the visible radiation.
With many types of fluorescent lamps, discoloration areas form on the inside of the discharge vessels directly opposite the electrode structure. These areas of discoloration, sometimes referred to as bands or rings, appear at the top of the positive column; H. roughly where the positive column adjoins the dark room, which corresponds to Faraday's dark room.
In the discharge lamp according to the invention, in which an essentially cylindrical screen is provided around the activated wire arranged in the longitudinal direction of the tube
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the processes required to maintain the arc are essentially limited to the space within this screen.
The screen serves in a manner known per se both as a heat store and to intercept any loosened cathode particles. Compliance with the relationships according to the invention between the dimensions of the screen, the glow electrode and the tube ensures optimum results. By correctly dimensioning the inner tube diameter, the screen diameter and the maximum transverse dimension of the filament, not only can discoloration of the lamp ends be avoided, but it can also be ensured that the conduction of the electrical current outside the screen, between the screen and the tube wall, extends up to the outer end of the screen extends.
In order to ensure that the positive column extends around the screen and that the processes required to maintain the arch take place within the screen, the ratio of the inner tube diameter to the screen diameter should not be less than about 4, as has been found, and the difference between the inside diameter of the screen and the maximum transverse dimension of the wire is not
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be larger than approximately 3 mm. The distance between the wire and the screen should be greater than the thickness of the cathode dark space, which is established in the ionizable medium at the selected pressure and operating temperature.
For example, in an electrode structure for a low-pressure fluorescent tube with a positive column, which has a mercury vapor pressure in the range from 4 to
12 microns in operation, the screen diameter should be between about 3 and 4.5 mm in order to achieve the advantages mentioned above when the activated electrode wire has a maximum transverse dimension of 1-5 mm.
For screens and activated electrodes of the specified values, the best distance between the inside of the screen and the surface of the glow electrode is 0-75 to 1-5 mm. In this way, the discharge starts from the more distant end of the screen and thereby causes a uniform brightness up to the extreme ends of the discharge tube, even if the end of the screen facing the counter electrode is open.
Embodiments of the invention are explained in more detail below in connection with the drawing. 1 shows an embodiment of the invention in connection with a circuit with preheated electrodes; 2 shows a detail of the electrode construction with a screen open on both sides for a wire electrode; Figure 3 is a top view of the electrode structure shown in Figure 2; 4 and 5 show modified embodiments of the invention, the end of the screen facing the discharge space being closed. Fig. 6 shows the application of the invention to an instant start circuit.
In Fig. 1 the invention is shown in its application to a fluorescent lamp 1, preferably of the type which has an elongated or tubular glass envelope 2, the inner surface of which is provided with a fluorescent coating 3 which extends to the ends of the tube. At the ends of the lamp electrodes 4 and 5 are provided, which are designed according to the invention. Any of these electrodes
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electrically connected, which are attached to sockets 15 and 16. The insertion wires 7-10 are fused into suitable feet, which are not shown in FIG. 1, but can be seen in FIGS. 2-5 (reference number 17).
The circuit according to FIG. 1 is suitable for lamp constructions with preheating of the electrodes. In this arrangement, the free end 18 of each activated electrode wire 6 (see FIG. 2) is connected to a power source, for example an alternating current source 19, via a
Switch 20 and a stabilization impedance (ballast) 21 connected. A well-known one
Glow interrupter 22 can be connected between the plugs 12 and 14, which in turn are connected to the shields 23 and 24 of the electrodes.
The details of the electrodes 4 and 5 can be taken from FIGS. 2 and 3. The screen 23 has an essentially cylindrical shape, is open at both ends and surrounds the wire 6 over its entire length, the axis of the screen 23 being parallel to or coinciding with the longitudinal axis of the lamp. The screen 23 can, for. B. made of molybdenum or nickel and shaped in the manner shown in the drawing, so that the two interacting flanges 25 and 26 surround the feed wire 8 and thereby fix the screen in such a way that the upper end of the screen (in Fig. 2) and the corresponding end of the wire 6, d. H. the ends facing the second electrode are connected to one another.
The flanges 25 and 26 can be connected to one another in any suitable manner, for example by spot welding, so that they form good contact with the feed wire 8.
The wire 6 can be made of suitable hard-to-melt metal, such as tungsten, in the form of a simple composite or multiple filament, which with electron-emitting, activating
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The amount should be measured in such a way that there is still a little unevaporated mercury in the operating state. The mercury pressure is temperature dependent and should preferably be 4-12 microns in operation, but can range between 4-5 microns up to 30 microns and even higher depending on the shape of the lamp and the operating conditions.
As a result of the conductive connection of the upper end (Fig. 2) of the activated electrode 6 with the screen 23, the anode current collected by the screen flows through the electrode 6 in the half-cycle in which the corresponding structure acts as an anode, thereby causing the electrode 6 to heat up up to the required value. The screen also acts as thermal protection. By correctly dimensioning the transverse dimension or the diameter of the screen, the temperature of the emitted
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animal electrode can be kept at a relatively high value, thereby avoiding the formation of overheated cathode spots and the associated deterioration of the electrode.
In addition, by maintaining the optimum distance between the inner diameter of the screen 23 and the maximum transverse dimension of the emitting electrode 6, it is protected from ion bombardment during start-up. The mentioned distance should, as said, be in the order of magnitude between about 1-5-3 mm; it is then also achieved that the processes required to maintain the arc discharge take place entirely within the screen 23.
Also the one that occurs during takeoff
In electrodes with the specified distance between the wire and the inner wall of the screen, glow discharge is practically completely restricted to the space inside the screen, which minimizes the likelihood that loose material will reach the glass wall during startup. The electrode structure according to the invention also shortens the start-up time within which the electrode 6 reaches the temperature value at which the cathode drop becomes a minimum, and accordingly reduces the possibility of damage to the electrode during start-up.
If the distance between the activated electrode and the inside of the screen is too small, then the glow discharge does not take place exclusively within the screen during start-up, while if the distance is too large, the screen is no more than a means of achieving a rapid heating of the activated electrode or is effective as thermal protection during operation.
Another important factor is the ratio between the inner diameter of the tube 2 and the outer diameter of the screen 23. This ratio should preferably be in the range of 4 to 8, so that the positive column of the arc is in the annular shape around the screen 23 Space between the screen and the glass envelope can develop and that the longitudinal voltage gradient at this point is not significantly larger than in the main part of the positive column of the arc (in the middle of the tube between the two electrode assemblies) and preferably smaller than the voltage gradient along the activated one Electrode 6.
If this is the case, the arc discharge develops from the distal end of the screen 23, that is to say from the end facing the base 15, and the like. Even if the inner end of the structure facing the other electrode structure is open.
After the switch 20 is closed, the supply voltage is applied to the tube switch 22, the contacts of which close almost immediately and thereby form a circuit for the excitation and heating of the activated electrodes 6, which are connected in series. The switch 22 then opens again because the bimetal part cools down, whereby a voltage surge occurs as a result of the current change in the impedance 21 and an arc discharge is caused between the electrodes 4 and 5. Afterwards, the voltage difference between the contacts of the glow interrupter 22 is too small to put it into action again, unless the lamp does not respond.
As a result, the electrodes are not heated by the external connection via the glow tube 22, but by the main discharge, u. between those half-periods during which the relevant electrode is positive and therefore acts as an anode. The screen serves to collect the discharge current and as a result of the connection between the activated electrode and the screen, the discharge current flows through the electrode 6 in series and thereby brings its temperature to a value that is suitable for electron emission during the subsequent negative half-cycle, in which the structure is the cathode works, is optimal.
While it is active as a cathode, the processes which are necessary to maintain the independent arc discharge are limited to the space within the screens 23 and 24, the discharge starting at the ends of the two screens facing away from one another. This is true even if the two facing ends of the screens are open. This fact has the effect that the intensity of the radiation is practically completely uniform over the entire length of the lamp, the more so as the luminous positive column extends to the extreme ends of the discharge tube. If the above optimal ratios between the inner diameter of the screen and the diameter of the electrode are maintained, the positive column extends to the more distant end of the screen.
Although there are certain manufacturing advantages if the screens are open on both sides (as shown in FIGS. 2 and 3), it is also within the scope of the invention to use screens in which the ends, which form the main part of the Are facing the discharge path are closed. As an example of this, a screen 27 is shown in FIG. 4, which is pinched together at the upper end 28 so that it is completely closed. Another embodiment is shown in Fig. 5, in which a special cap 29 is placed on the cylindrical part 30 of the screen. This cap can either be pulled on or welded on.
6 shows a lamp according to the invention in use for a circuit for immediate start-up (without special preheating);
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a leakage transformer 31 can be used in the manner indicated in the figure to feed the lamp from an alternating current source 32. A switch 33 is in the feed line to the primary winding of the transformer 31. If the leakage transformer 31 is correctly selected, it gives a sufficiently high open circuit voltage for the ignition of the discharge and a sufficiently low operating voltage for current consumption after ignition.
PATENT CLAIMS:
1.Low-pressure discharge lamp with a positive column, in particular a fluorescent lamp, with an elongated discharge tube which, as an ionizable medium to maintain the arc discharge, contains mercury and an auxiliary gas with a pressure of no more than about 5 mm and is provided with electrodes that are connected to at least one Tube ends are formed by an electrode structure which consists of an activated filament and a longitudinally extending screen which is essentially cylindrical in shape, surrounds the filament essentially in its entire length and is open at least at the outwardly directed end, characterized that the ratio of the inner diameter of the discharge tube to the outer diameter of the screen is in the range between 4 and 8, u. between
in such a way that the longitudinal voltage gradient in the outer annular space around the screen does not significantly exceed the voltage gradient occurring in the main part of the positive discharge column and is preferably less than the voltage gradient along the filament, and furthermore the distance between the filament and the inside of the screen is greater than the thickness of the cathode dark space at the selected operating pressure and operating temperature of the ionizable medium and preferably in the range from 0-75 to 1-5 mm.
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